УДК 621.9.029:674.

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ УЗЛА РЕЗАНИЯ СТРУЖЕЧНЫХ СТАНКОВ

 

INCREASE OF WEAR RESISTANCE OF PARTS OF THE CHIP CUTTING MACHINES

 

Пилюшина Г.А., Козлов П.В.

(Брянский государственный технический университет, г. Брянск, РФ)

Pilyushina G. A., Kozlov P. V.

(Bryansk State Technical University, Bryansk, Russian Federation)

 

Рассмотрены способы увеличения долговечности деталей узла резания стружечных станков методом износостойкой наплавки. Предложена схема упрочняющей обработки.

The methods of increasing of durability of details of the node chip cutting machine tools by the method of wear-resistant surfacing. The scheme of strengthening treatment.

 

Ключевые слова: стружечный станок, износ, наплавка, переработка древесины, трибокоррозия

Key words: shaving machine, wear, welding, wood processing, tribocorrosion

 

В настоящее время потребность в строительных материалах из древесины постоянно растет. Кроме традиционных древесно – стружечных плит ДСтП и цементно-стружечных ЦСП на рынке появилась потребность в новых древесных материалах, таких как плиты с ориентированной стружкой (ОСП– «Oriented stand board»), древесноволокнистых плитах (ДВП), плитах древесноволокнистых средней плотности (МДФ– «Medium density fiberboard»).

Для изготовления древесных плит используют древесную стружку, которую получают  из круглых лесоматериалов, низкосортных пиломатериалов, технологической щепы, отходов, остающихся при переработке древесины.

Работа деталей режущих элементов стружечных станков осуществляется в условиях динамической и ударной нагрузок, что связано с высокой частотой вращения ножевых валов (1000 об/мин.), значительными скоростями подачи (900-1800 мм/мин) и скольжения (24-45 м/с), усилиями надвигания, прерывистым и ударным контактированием поверхностей вала с древесным сырьем [1].

Такие условия работы приводят к тому, что ряд деталей узла резания – ножедержатели, клинья и ножевой вал быстро выходят из строя по причине значительного износа. Кроме того в процессе эксплуатации неравномерность изнашивания ножевого вала по его длине снижает качество получаемой стружки из-за различной толщины в зависимости от зоны вала, в которой она формируется.

Поэтому повышение износостойкости деталей узла резания позволит не только увеличить долговечность стружечных станков, но и значительно повысить качество получаемой стружки, что является достаточно актуальной задачей.

Анализ изнашивания деталей узла резания стружечных станков показал наличие двух укрупненных механизмов изнашивания. Первый представляет собой совокупность химических явлений, реализующихся в зоне фрикционного контакта, второй - механическое изнашивание. Сочетание этих видов изнашивания можно представить, как коррозионно-механические или трибокоррозия [2].

В качестве основного способа повышения износостойкости деталей узла резания стружечных станков нами была рекомендована износостойкая наплавка. Достоинством этого способа является возможность нанесения наплавочного материала на большие поверхности изделий, так как длина ножевого вала стружечного станка составляет1100 мм, а диаметр - 565 мм. Кроме того, наплавка позволяет получать наращиваемый слой толщиной от 0,25 мм до нескольких сантиметров с различным сочетанием свойств по поверхности и объему наплавленного металла.

Поскольку технологические возможности нанесения твердофазных покрытий на крупногабаритные изделия сложной формы затрудняют его выполнение, то предпочтительнее наплавка порошковым или газотермическим методом.

При выборе наплавочного материала учитывалась совместимость исходного и наносимого материалов, что позволяет снизить вероятность образования хрупких фаз покрытия. Совместимость материалов при нанесении наплавки обеспечивает возможность формирования необходимой кристаллической структуры, зернистости материала, строения карбидной фазы, благодаря чему получаемый слой приобретает комплекс необходимых эксплуатационных свойств.

Для повышения коррозионной стойкости наплавляемого покрытия предложено ввести в его состав 13% хрома, что позволит уменьшить термодинамическую нестабильность, и затормозить катодные или анодные процессы при резании. При введении хрома желательно уменьшить содержание углерода до 0,2-0,3 %, что положительно сказывается на химической стойкости железоуглеродистых сплавов [3].

Снижение абразивного изнашивания возможно введением в состав покрытия упрочняющих фаз: карбидов, нитридов, карбонитридов, интерметаллидов. При этом лучшее упрочнение достигается при формировании твердых дисперсных частиц малого размера и при обеспечении минимального расстояния между ними в твердом растворе.

Для снижения водородной составляющей изнашивания желательно повышение плотности и минимизация пористости наносимого слоя, за счет введения в поверхностные зоны наплавляемого слоя карбидообразующих элементов или ионной имплантацией азотом, бором, кобальтом и т.п. В хромистых сталях достаточно устойчивой против водородного воздействия является карбидные фазы типа Me23C6 и Me7C3 [4].

Таким образом, в целях противодействия химическому воздействию поверхностный слой деталей узла резания стружечных станков должен обладать  равномерной мелкозернистой структурой при содержании в нем 13% хрома и 0,2-0,3% углерода. Толщина слоя должна составлять после окончательной обработки не менее 3-4 величин максимального значения износа. Структура наплавляемого материала должна иметь аустенитно-мартенситную основу с равномерно распределенными в ней карбидами хрома типа Cr7C3 для минимизации механического и водородного изнашивания, и повышения сопротивления электрохимической коррозии.

На основании вышеизложенного, была выполнена упрочняющая обработка деталей узлов резания стружечных станков, имеющая следующий порядок: заготовки, подлежащие наплавке механически, обрабатывались в размер, обеспечивающий нанесение упрочняющего слоя толщиной до 12-15 мм. Процесс наплавки выполняется поэтапно: вначале наплавлялись кромки одной из ножевых впадин, затем поверхность между соседними пазами вала.

Для наплавки использовалась порошковая проволока с внутренней защитой. После окончания наплавки охлаждение восстановленных деталей осуществляли на воздухе. Затем проводилась окончательная механическая обработка наплавленных деталей, обеспечивающая достижение требуемой точности и шероховатости.

Формирование поверхностного защитно-приработочного слоя выполнялось путем электроискрового легирования на глубину 0,3-0,4 мм с последующим нанесением медного покрытия толщиной 0,1- 0,2 мм.

Целесообразность использования предложенной схемы упрочняющей обработки подтверждена результатами лабораторных и натурных исследований [5], которые показали, что подобным образом можно существенно повысить качество получаемой древесной стружки за счет стабилизации значений ее толщины и увеличить долговечность деталей узла резания стружечного станка в 2,4-2,5 раза по сравнению с серийными образцами.

 

Список использованных источников

1. Памфилов, Е.А. К вопросу моделирования коррозионно-механического изнашивания [Текст]/Е. А. Памфилов, Я. С. Прозоров // Трение и износ. Минск, 2012. Том 33. № 3.  С. 288-297. 

2. Пилюшина, Г.А. Повышение износостойкости деталей и инструментов деревоперерабатывающего оборудования [Текст] /Г.А. Пилюшина //Качество и жизнь, 2014.№ 1 (1).- С. 44-49.

3. Pilyushina G.A. Improving the performance of machining tools for nonmetallic materials/ G.A. Pilyushina, P.G. Pyrikov, A.S. Rukhlyadko //Russian Engineering Research, 201.Т 3. 33.-№ 9.-С. 532-535.

4. Пилюшина, Г.А. Повышение работоспособности рабочих органов оборудования и режущих инструментов для обработки неметаллических материалов [Текст]/ Пилюшина Г.А., Пыриков П.Г., Рухлядко А.С. // СТИН. 2013. № 2. С. 9-13.

5. Памфилов, Е.А. Повышение износостойкости деталей оборудования для производства древесных композиционных материалов [Текст]/ Е.А. Памфилов, С.С. Грядунов, Я.С. Прозоров// Известия Самарского науч. центра РАН, 2011.  Т. 13.  № 4-3.  С. 842-846.